C++ new、delete（new[]、delete[]）操作符重载需要注意的问题

C++中的 new 和 delete 操作符是用来管理动态内存分配的。在某些情况下，我们需要对 new 和 delete 进行重载，以满足我们特定的需求。但是重载这些操作符需要特别注意一些问题。

为什么需要重载？

一些使用场景：

• 改变内存分配行为，比如使用某种特殊的内存池来提高内存分配性能。
• 跟踪某些内存分配和释放，例如在调试模式下记录分配的位置和大小，释放正确性。
• 封装低级分配机制，在用户代码中只使用一个类似机制，让决策只发生在自定义类或内存池中。

重载new和delete

示例1

class MyClass
{
public:
    void* operator new(size_t size)
    {
        cout << "Allocating " << size << " bytes" << endl;
        void* ptr = malloc(size);
        return ptr;
    }

    void operator delete(void* ptr)
    {
        cout << "Deleting the memory pointed to by ptr" << endl;
        free(ptr);
    }
};

int main()
{
    MyClass *p = new MyClass();
    delete p;

    return 0;
}

上述示例中，我们重载了 new 和 delete 操作符。new 运算符接受一个参数，是要分配的字节数，我们在里面输出要分配的字节数，并使用标准库函数 malloc 进行内存分配。同时，我们还重载了 delete 对释放后的内存进行释放，并输出了一条日志信息。

示例2

class MyClass
{
public:
    static size_t count;

    void* operator new(size_t size)
    {
        ++count;
        void* ptr = malloc(size);
        return ptr;
    }

    void operator delete(void* ptr)
    {
        --count;
        free(ptr);
    }
};

size_t MyClass::count = 0;

int main()
{
    cout << "Allocating MyClass object..." << endl;
    MyClass *p = new MyClass();
    cout << "The number of allocated MyClass objects is:" << MyClass::count << endl;

    delete p;

    return 0;
}

在示例2中，我们重载了 new 和 delete 操作符。我们使用了一个静态变量 count 来记录创建的 MyClass 的对象数目。每次调用 new 运算符时，我们都会增加 count 的值，并在每次调用 delete 运算符时，都会减少 count 的值。这能够帮助我们跟踪当前分配和释放的对象数量。

注意事项

在进行 new 和 delete 操作符的重载时，需要注意以下几点:

1. 通常应该同时重载 new 和 delete。
2. 重载后的 new 和 delete 需要和普通的 new 和 delete 有相同的签名。
3. 重载操作符时，尽量保证其能够像普通的操作符一样使用，不要引入额外的闭包（特别是 lambda 表达式）。
4. 重载的 new 和 delete 操作符应该有类似 try 块的功能，即在分配失败时返回 nullptr。
5. 不要在重载的 new 操作符中使用非标准的分配方式，这可能导致代码无法在不同的编译器和平台上编译。

重载new[]和delete[]

在重载 new[] 和 delete[] 操作符时，应该注意与上面几点相同的事项。唯一不同之处在于， new[] 和 delete[] 需要使用数组的语法，因此需要额外的参数。

以下示例将演示 new[] 和 delete[] 操作符的重载：

class MyArray
{
public:
    static size_t count;

    void* operator new[](size_t size)
    {
        ++count;
        void* ptr = malloc(size);
        return ptr;
    }

    void operator delete[](void* ptr)
    {
        --count;
        free(ptr);
    }
};

size_t MyArray::count = 0;

int main()
{
    cout << "Allocating an array of MyArray objects..." << endl;
    MyArray *arr = new MyArray[5];
    cout << "The number of allocated MyArray objects is: " << MyArray::count << endl;

    delete[] arr;

    return 0;
}

在上面的示例中，我们重载了 new[] 和 delete[] 操作符。我们使用了一个静态变量 count 来记录创建的 MyArray 的对象数目。每次调用 new[] 运算符时，我们都会增加 count 的值，并在每次调用 delete[] 运算符时，都会减少 count 的值。这能够帮助我们跟踪当前分配和释放的对象数量。

总结：

重载 new 和 delete 对操作符时需要注意相同的事项。重载 new 和 delete 操作符可以让我们改变默认的内存分配方式，从而更好地控制程序的动态内存。但是，我们应该在重载操作符时严格遵循其规则，避免出现重载后的内存分配和释放的问题。